Page 88 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 Vol. 42, No. 2
2023 年 3 月 Journal of Applied Acoustics March, 2023

⋄ 研究报告 ⋄

基于薄膜编码超表面的宽频超薄声散射体 ∗

赵 晗 1,2 贾 晗 1,2† 孙雪聪 1,2 杨 军 1,2†

(1 中国科学院声学研究所 噪声与振动重点实验室 北京 100190)
(2 中国科学院大学 北京 100049)

摘要：该文提出了一种基于薄膜编码超表面的宽频超薄声散射体。利用附加质量块的薄膜和空气腔组成的薄
膜结构构建了反射声波相位差接近 180 的两种共振单元。将两种共振单元按照一定的顺序进行排列，可以组
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成深亚波长尺寸下的声学超表面。所构建的声学超表面可以产生宽频有效的散射声场。通过有限元仿真软件
对多个频率的近场散射声场分布、远场声指向性和扩散系数进行了仿真计算，仿真结果显示，该散射体可以高
效地散射入射声波，并且散射效果在一定的频率范围内是宽频有效的。
关键词：超表面；薄膜共振单元；声散射体
中图法分类号: O429 文献标识码: A 文章编号: 1000-310X(2023)02-0276-06
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2023.02.010

Broadband ultrathin sound diffuser based on the membrane-type coding
metasurface

ZHAO Han 1,2 JIA Han 1,2 SUN Xuecong 1,2 YANG Jun 1,2

(1 Key Laboratory of Noise and Vibration Research, Institute of Acoustics,
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
(2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Abstract: A broadband ultrathin sound diffuser based on the membrane-type coding metasurface is proposed
in this paper. The resonance units are constructed with mass-decorated membrane and air cavity. Two kinds
of resonance units are designed with a reflection phase difference of 180 . The acoustic metasurface consisted
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of these two units can produce broadband diffuse sound field. The near-field sound pressure distribution, the
far-field sound pressure levels directivity patterns and the diffusion coefficient are calculated by the simulation
software and compared with those of the flat plate. The simulation results show that the sound diffuser can
effectively diffuse the incident waves and operate in a broadband frequency range.
Keywords: Metasurface; Membrane resonator; Sound diffuser

2021-12-28 收稿; 2022-02-16 定稿
广东省重点领域研发计划项目 (2020B010190002), 国家自然科学基金项目 (11874383,12104480), 中国科学院声学研究所前沿探索项
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目 (QYTS202110)
作者简介: 赵晗 (1994– ), 男, 河北邯郸人, 博士研究生, 研究方向: 声人工结构的设计与应用。
† 通信作者 E-mail: hjia@mail.ioa.ac.cn; jyang@mail.ioa.ac.cn